Содержание
Всё про распредвал двигателя
Устройство распределительного вала (или распредвала, как его чаще всего называют) меняется по форме, но остается неизменным по своей сути. Независимо от того, какие модификации с ним происходят, распредвал остается неизменной деталью двигателей внутреннего сгорания.
Функции распредвала
В ДВС распредвал отвечает за открытие и закрытие впускных и выпускных клапанов, то есть за газораспределение непосредственно в камере сгорания двигателя. От особенностей конструкции мотора и самого распредвала, а также корректной настройки ГРМ, зависит эффективность работы двигателя: мощность, динамика, КПД. Эволюция двигателей влечет за собой и некоторые изменения в форме и функциях распредвала: создаются системы, подстраивающие газораспределение под частоту оборотов, устанавливаются валы на впуск и выпуск по отдельности, и, конечно, меняются материалы и способы обработки металлов.
Конструкция распредвала
В большинстве случаев распредвал вытачивается из цельного металлического цилиндра, и только некоторые производители устанавливают накладки с кулачками на ось, делая не цельную, а сборную конструкцию (например, распредвал на Audi Valvelift System (AVS), на котором кулачки перемещаются на оси распредвала).
Но пока в большинстве автомобилей используются цельнолитые конструкции распредвалов, изготовленные из чугуна или износостойких слоев стали. Дополнительную твердость готовые валы получают в результате закалки: азотирования, лазерной обработки, отбеливания и т.д.
Основными конструктивными элементами распредвала являются кулачки, которые открывают клапаны напрямую или через толкатели. Опорные элементы (шейки) устанавливаются в подшипники скольжения (вкладыши), на которых распредвал вращается благодаря эффекту масляного клина с минимальным трением.
При вращении вала кулачки в строгой очередности открывают клапаны (как правило, на один клапан – один кулачок, хоть есть и другие варианты конструкции), а закрытие их происходит за счет пружин.
Принцип работы распредвала
Особое внимание конструкторы уделяют форме и размерам кулачков, ведь именно от их параметров зависит, на какую высоту и на какое время откроются клапаны, а значит, насколько эффективно будет подаваться воздух и отводиться выхлопные газы.
Существует закономерность: чем дольше открыт клапан, тем больше воздуха поступает в камеру сгорания, а значит, можно подать больше топлива. С другой стороны, слишком длительное открытие клапана грозит «поцелуем» между ним и поршнем. Это противоречие и пытаются всеми силами решить инженеры.
Для спортивных двигателей разработаны особые распредвалы, с измененной геометрией кулачка, на более длительный срок открывающей клапан. Такая конструкция позволяет мотору развивать максимальную мощность, что и требуется для автогонок. Однако при этом на порядок вырастает потребление топлива даже на холостом ходу, что совершенно не подходит для повседневного вождения.
Сравнение профиля кулачков обычного (слева)
и спортивного (справа) распредвалов
Скорость вращения распределительного вала в два раза меньше, чем у коленвала: за один полный такт двигателя коленвал делает два полных оборота, но каждый из клапанов должен открыться только один раз (на такте сжатия и рабочем такте оба клапана закрыты).
Для синхронизации скорости вращения коленвала и ГРМ используется ременная или цепная передача (зубчатый ремень или цепь ГРМ), и самым совершенным на сегодняшний день вариантом является разрезная шестерня, зафиксированная на одном конце распредвала, на которую передается вращение от двигателя. Конструкция шестерни для ремня и цепи отличается.
Разрезная шестерня для цепного (слева)
и ременного (справа) привода
Тонкости конструкции
От высоты и профиля кулачков зависит глубина и продолжительность открывания клапана.
На рисунке видно, что кулачок С больше по высоте, чем остальные, D имеет более тонкую ось и за счет этого опускает клапан ниже, а Е дольше всех продержит клапан в открытом положении (только теоретически, на практике такой профиль кулачков не используется).
На распредвалах, независимо, установлен он один на впуск и выпуск, или на разные клапаны ставятся отдельные валы, предусмотрена так называемая фаза перекрытия: момент, когда выпускной клапан еще не закрылся, а впускной уже открывается.
Конструкторы называют это продувкой: поток отработанных газов, выходя, создает дополнительное разрежение, облегчающее поступление воздуха в камеру сгорания. Чем меньше угол перекрытия (примерно от 15 градусов), тем экономичней мотор и лучше приемистость на низких оборотах. И наоборот, чем дольше оба клапана остаются открытыми одновременно, тем лучше приемистость мотора на высоких оборотах, но теряется экономия топлива и экологические нормы.
Схема построения фаз на распредвале
Типы размещения распредвала в двигателе
В конструкции двигателя может присутствовать один, два или четыре распредвала, в зависимости от компоновки цилиндров и количества клапанов.
При линейном расположении и 2-3 клапанами на цилиндр устанавливается один распредвал, управляющий и впуском, и выпуском (система SOHC).
При 4 клапанах на цилиндр ставится 1 или 2 распредвала (система DOHC – отдельные валы на впуск и выпуск).
Для V-образных или оппозитных двигателей распредвал устанавливается на каждый из блоков цилиндров отдельно (один общий на ряд или по два на ряд), либо один общий распредвал на все цилиндры (ставится по центру, в развале двигателя).
Конструкторы предпочитают разделять впускные и выпускные валы, чтобы уменьшить нагрузку на них и сложность конструкции.
Как правило, впускной и выпускной распредвал почти не отличаются: одинаковая длина и диаметр вала, одинаковая высота и профиль кулачков. Разница может заключаться в конструкции крайних опорных шеек и приводных шкивов.
На один из распредвалов устанавливается датчик положения, для которого выделяется отдельное посадочное место.
Расположение распредвала относительно клапанов может различаться в разных конструкциях двигателей. В старых или маломощных моторах вал устанавливают сбоку от клапанов, соединяя их с кулачками через рокеры (Т-образные коромысла) и штанги. Такая система называется боковым или нижним расположением распредвала «Cam-in-Block». Их преимущество в более простой системе смазки (зачастую распредвал устанавливается прямо в картере), а недостаток – в сложной доступности для замены.
Моторы более поздних конструкций делались в распредвалами непосредственно над клапанами, что облегчает обслуживание и ремонт.
Такое расположение, когда кулачки вала давят непосредственно на толкатели, называют верхним или «Cam-in-Head». Смазывать верхний распредвал несколько сложней: система подачи масла должна работать бесперебойно, в том числе это касается масляных каналов и отверстий в самом распредвале.
Немного о моторном масле
Долгая и бесперебойная работа ГРМ, и в том числе распредвала, напрямую зависит от качества смазки. Подача масла на подшипники скольжения (постели и вкладыши распредвала), а также на поверхность кулачков, должна быть бесперебойной. Отверстия внутри распредвала, предназначенные для подачи смазки к парам трения, достаточно тонкие и рассчитаны на моторное масло определенной вязкости и качества. Несвоевременная замена или неправильный подбор масла приводят к засорению каналов, после чего трение распредвала происходит не по слою жидкости (гидродинамическое планирование), а по поверхности металл-металл. Итог этого процесса печален, но предсказуем: быстрый износ кулачков (иногда до состояния идеальной окружности) и толкателей, а также шеек и вкладышей приводит к сбоям в работе двигателя.
От чрезмерного трения распредвал может сломаться, а это уже чревато не только его заменой, но и капремонтом двигателя. Особенность конструкции распредвала в том, что даже минимальная выработка приводит к его вибрации и окончательному выходу из строя. В большинстве случаев основной причиной ремонта распредвалов является именно некачественное масло, несвоевременная его замена или неподходящая вязкость. При нормальном ТО ресурс распредвала будет столь же долгим, как и ресурс самого двигателя.
Другие причины неисправности распредвала
Помимо масляного голодания, причинами поломок может стать перегрев, от которого металл «ведет», естественный износ (рано или поздно всё изнашивается, как ни старайся), поломки смежных деталей (шкив, цепь или ремень ГРМ), а также изначально низкое качество распредвала (плохой металл, неточное изготовление). Признаки можно определить визуально или даже на слух: характерным симптомом неисправности именно распредвала будет стук при запуске холодного двигателя (в начале проблемы стук пропадает, когда мотор прогреется, а с ухудшением ситуации двигатель будет стучать постоянно).
Выработка и задиры на шейках, подшипниках, сальниках или кулачках – однозначный сигнал к замене детали.
Некачественный распредвал может искривиться (деформация, как правило, определяется не визуально, а только на специальном оборудовании) из-за прогиба опорных шеек. Для легковых автомобилей допустимая степень искривления распредвала составляет 0,05 мм, если больше – усиливается вибрация, выходят из строя смежные узлы двигателя.
При неправильной установке вала, а также некорректной сборке двигателя (недотянуты крепежные болты ГБЦ, распредвала, шкивов и шестерен) появляется вибрация во время работы. Вал срывает крепеж, после чего двигатель в большинстве случаев отправляется на капремонт. На самом распредвале могут появиться трещины, а пазы под штифты разбиваются под нагрузкой.
Ремонт распредвала проводить нецелесообразно: никакая шлифовка или напыление не вернет его первоначальных свойств. В случае выхода из строя деталь просто заменяют на новую, попутно устанавливая новые крепежные болты и проверяя цепь или ремень ГРМ.
Что будет дальше? Эволюция ГРМ
Технологии не стоят на месте, и сегодня можно уже говорить о том, как изменится работа газораспределительного механизма и в частности распредвала. Основные направления работы конструкторов – повышение экономичности двигателей, уменьшение вредных выбросов и увеличение отдачи мощности как на высоких, так и на низких оборотах. Для этой цели разработано несколько концептов, в которых либо используется измененный распредвал, либо не используется вообще.
Условно можно выделить несколько основных направлений работы:
- изменения в работе распредвала: установка дополнительных кулачков, проворот распредвала для увеличения угла перекрытия и т.д.;
- использование других систем управления открытием клапанов: электронное управление, магнитные или пневматические толкатели;
- двигатели без клапанного механизма.
Концерн Honda предложил несколько вариантов улучшения распредвала. Например, это система DOHC i-VTEC, в которой подъемом клапанов управляют кулачки с низким профилем (на малых оборотах) или с высоким профилем (на режиме 5800 об/мин).
Очень похожий принцип использован в моторах Mitsubishi Pajero IV – система газораспределения MIVEC, управляющая высотой и продолжительностью открытия клапанов.
Второй вариант управления впуском – система VTEC-E от Honda, при которой на малых оборотах открывается только один впускной клапан, а на больших – оба. Это удалось реализовать с помощью системы VTC, при которой распредвал проворачивается относительно своей нулевой точки под давлением масла.
Похожий способ управления впуском создал и концерн Volkswagen: блок с кулачками крепится на валу с помощью шлицевого соединения, и под действием управляющего механизма может смещаться относительно продольной оси. Таким образом, над клапанами располагаются кулачки либо с низким, либо с высоким профилем, в зависимости от режима работы двигателя.
Разработка Volkswagen открывает широкие возможности: с помощью такого подхода можно управлять системой газораспределения в большом диапазоне, в том числе подключать или отключать цилиндры при необходимости.
Другой вариант предложила шведская компания Koenigsegg: управлять работой клапанов с помощью пневматических механизмов, а не распредвала, что в теории может дать прибавку мощности до 30% и увеличение крутящего момента до 20 тыс. об/мин. В 2015 году компания представила и реализацию этого принципа: автомобиль Regera с гибридным двигателем мощностью 1500 л.с. Насколько успешной будет эта разработка, покажет только время.
Двигатели без клапанов – тоже возможно! Это доказали в компании EcoMotors, которую возглавляет Петер Хофбауэр, бывший моторист концерна Volkswagen. В компании разработан двухцилиндровый оппозитный двигатель, превосходящий по своей мощности и экономичности современные турбодизели. Экспериментальный образец двигателя развивает мощность 325 л.с., а крутящий момент при 2100 об/мин составляет 900 Нм. Легкий, компактный и мощный мотор пока не запущен в серийное производство и находится в стадии доработки.
Несмотря на постоянно появляющиеся идеи и новинки, самым распространенным механизмом газораспределения остается старый-добрый распредвал, который может меняться по форме, но остается неизменным по сути.
О том, как выбрать новый распредвал и на что обращать внимание при выборе, читайте наш «Гид покупателя».
Распределительный вал и его привод
Главная
»
Информация
»
Статьи
»
ЗАПЧАСТИ
»
Двигатель
»
Основные элементы двигателя
»
Распределительный вал и его привод
- 1878 просмотров
Посмотреть распредвал в каталоге «АВТОмаркет Интерком»
Многие из водителей предпочитают ремонтировать свой автомобиль самостоятельно. Им нравится это занятие, тем более если поломка несерьезная и не большая. Бытует мнение, что для таких водителей произвели автомобили Жигули. Мы расскажем, как провести ремонт распредвала и его привода в отечественных автомобилях.
Распределительный вал — это трубка с кулачками, которые направлены в различные стороны от оси вала. Они слиты из чугуна, и находятся в верхней части мотора под клапанной крышкой. Привод работает через ременную передачу от коленвала, через самонатяжной валик, через насос ОЖ (охлаждающей жидкости). Распредвал считается важнейшей деталью в моторе, и от его некорректной функциональности, зависит работа двигателя в целом. Рассмотрим подробнее как правильно отрегулировать ее. Для начала нам нужно натянуть зубчатый ремень привода. Откройте крышку ремня, затем поверните коленвал, по часовой стрелке, остановившись на метке маховик, которую можно увидеть в люке картера. Проверьте, чтобы метка маховика распредвала была напротив установочной метки задней крышки зубчатого ремня. Далее проворачиваем коленчатый вал теперь уже против часовой стрелки, чтобы метка на шкиве распредвала была ниже от метки задней крышки, примерно на 2 зуба. Проверьте натяжку ременной передачи, которая не должна быть больше того числа, что указано в автомобильной инструкции.
Если усилие выше или ниже нормы, то регулируем так. Метку ставим на прежнее место на маховике распределительного вала в точку касания с меткой на крышке ремня грм. Отпускаем контргайку натяжного валика и нажимая валиком на ремень закручиваем гайку. Будьте осторожны при натягивании, не переусердствуйте сильно.
Как провести замену ремня привода распредвала?
Для начала необходимо поставить машину на ручной тормоз и включить, при заглушенном моторе, пятую передачу. Демонтируйте переднюю крышку защиты ременной передачи, ослабьте ремень привода генератора, предварительно снимите его со шкивов, демонтируйте шкив привода генератора с коленчатого вала. КПП необходимо переставить в нейтральное положение и повернуть коленчатый вал, по часовой стрелке так же поставив метку, как и при натяжке ремня. Ослабляем ремень, ослабив натяжной валик, вынимаем ремень грм. Постарайтесь аккуратно надеть ремень, советуем не торопиться и следовать инструкциям. Ремень на месте. Установите метки грм как при регулировке натяжки ремня – все, замену ремня мы произвели.
Ремни привода распредвала можно купить на нашем сайте или в наших магазинах запчастей для автомобилей ваз и иномарки.
+7 (351) 240-85-85
Многоканальный
+7 (351) 220-18-88
Интернет-магазин
Описание распределительного вала двигателя
— saVRee
Введение
Для работы двигателя внутреннего сгорания (IC) все его компоненты должны выполнять свои функции с очень точными интервалами относительно движения поршня. Для этого используется компонент, называемый распределительным валом . На изображении ниже показаны распределительный вал и ведущая шестерня распределительного вала.
Примечание. Распредвалы обычно устанавливаются только на четырехтактные двигатели и очень большие двухтактные двигатели.
Распределительный вал двигателя
Распределительный вал представляет собой длинный стержень с яйцевидными эксцентриками кулачками (кулачками) , по одному кулачку на каждый клапан и не имеет топливного клапана 0 система впрыска топлива Common Rail).
Каждый лепесток имеет повторителя . Когда распределительный вал вращается, толкатель вынужден подниматься и опускаться, следуя профилю кулачка. Толкатели соединены с клапанами двигателя и топливными форсунками через различные типы соединений, называемых 9.0003 толкатели и коромысла . Толкатели и коромысла передают возвратно-поступательное движение, создаваемое кулачками распределительного вала, на клапаны и форсунки, открывая и закрывая их по мере необходимости. После того, как клапаны были принудительно открыты коромыслами, клапаны снова закрываются пружинами.
Клапанный механизм двигателя (толкатели, клапаны, клапанные пружины, распределительный вал)
Клапанный механизм
Поскольку клапан открывается распределительный вал , он сжимает пружину клапана . Энергия, накопленная в пружине клапана, затем используется для закрытия клапана, когда выступ распределительного вала выворачивается из-под толкателя .
Поскольку двигатель испытывает довольно большие изменения температуры (например, от температуры окружающей среды до нормальной рабочей температуры около 190°F), его компоненты должны быть спроектированы с учетом теплового расширения. Таким образом, клапаны , толкатели клапанов и коромысла должен иметь какой-то метод учета теплового расширения. Это достигается за счет использования зазора клапана . Зазор клапана — это термин, обозначающий « бросок » или « дает » в клапанном механизме до того, как кулачок фактически начнет открывать клапан.
Промежуточные и синхронизирующие шестерни
Распределительный вал приводится в движение коленчатым валом двигателя через ряд шестерен, называемых промежуточными шестернями и синхронизирующими шестернями . Шестерни позволяют вращению распределительного вала соответствовать вращению коленчатого вала.
Таким образом, шестерни позволяют открывать и закрывать клапаны и впрыск топлива по времени, чтобы они происходили через точные интервалы хода поршня. Чтобы повысить гибкость синхронизации открытия и закрытия клапана и впрыска топлива, а также увеличить мощность или снизить стоимость, двигатель может иметь один или несколько распределительных валов. Как правило, в средних и крупных V-образный двигатель , каждый ряд будет иметь один или несколько распределительных валов на головку. В более крупных двигателях впускные клапаны, выпускные клапаны и топливные форсунки могут иметь общий распределительный вал или иметь независимые распределительные валы.
Количество и расположение распределительных валов
В зависимости от типа и марки двигателя расположение распределительного вала или валов различается. Распределительный вал (ы) рядного двигателя обычно находится либо в головке двигателя, либо в верхней части блока, спускающегося с одной стороны ряда цилиндров.
На малых или средних двигателях V-образного типа распределительный вал обычно расположен в блоке в центре буквы «V» между двумя рядами цилиндров. В более крупных или многокамерных V-образных двигателях распределительные валы обычно располагаются в головках.
Один распределительный вал (кулачок) для двигателя V-образного типа
Дополнительные ресурсы .htm
https://energyeducation.ca/encyclopedia/Camshaft
как работает распределительный вал (часть 1) – Mighty Car Mods
перейти к содержанию
Хотя мы любим наши чу-чу-чу-чу-шпули и визгливые винты, когда придет время попробовать жизнь толкателя большой емкости V8, нам действительно нужно начать изучать распределительные валы и то, как они сделай свой двигатель крутым. Это будет серия из нескольких частей, в которой мы рассмотрим процесс модернизации распредвала в современном уличном двигателе V8 с толкателем, начиная с основ того, что такое распределительный вал и как он работает.
Когда General Motors представила миру LS V8 в 1997 году, это открыло новую эру плавности и улучшений, которых не было в традиционных старых конструкциях толкателей, и была одна область, прежде всего, которая оказалась секретом для открытия нового века. Потенциал малоблочного двигателя V8 с толкателем: распределительный вал.
Во-первых, давайте посмотрим, как работает эта «технология динозавров». В традиционном толкателе V8 кулачок фактически находится в блоке двигателя, прямо над коленчатым валом и под долиной.
При вращении распределительного вала цепь ГРМ, которая соединяет его с коленчатым валом (см. изображение A ниже), выступы кулачковых толкателей (см. изображение B ниже) и толкатели (см. изображение C ниже ), которые открывают и закрывают впускной и выпускной клапаны. Толкатели делают это, поскольку они прикреплены к коромыслам, которые воздействуют на пружины клапанов, которые пытаются удерживать клапаны закрытыми.
Изображение A: верхняя звездочка прикручена к концу кулачка, а цепь спускается к звездочке коленчатого вала.
Когда кривошип вращается, он поворачивает кулачок.
Изображение B: гидравлические подъемники, которые перемещаются вверх и вниз с помощью кулачков распределительного вала коромысла (серебристые рычаги вверху) и открытые впускные или выпускные клапаны
Заводские кулачки должны быть гладкими и тонкими, чтобы соблюдать законы о выбросах и быть приятными для вождения для самых разных людей, покупающих новый автомобиль . Более агрессивные кулачки типа «чопсилла», подобные тем, которые устанавливаются на гоночные автомобили, имеют агрессивные формы лепестков, чтобы обеспечить более высокий подъем и продолжительность, а также изменить, насколько далеко и как долго открываются клапаны. Да, вы можете переборщить с кулачком и открыть клапан слишком далеко, что приведет к тому, что этот клапан погрузится в поршень и вызовет крайнюю печаль, поскольку вы только что превратили свой двигатель в пресс-папье.
Существуют сотни вариантов модернизации распредвалов LS для уличных автомобилей, и, хотя всем хочется, чтобы в их V8 звучал самый сердитый, но неправильный распредвал может сделать автомобиль медленнее, потому что мощность поступает слишком узко.
диапазон оборотов, слишком высокий диапазон оборотов, не работает на холостом ходу или десятки других проблем.
Большинство показанных характеристик кулачка включают подъемную силу, продолжительность и угол разделения лепестков (LSA). Подъем относится к тому, насколько впускной и выпускной клапаны открываются (поднимаются) от своего седла, и увеличение этого значения может увеличить мощность, а продолжительность относится к тому, как долго кулачок удерживает клапаны открытыми, что показано в градусах вращения коленчатого вала (хотя кулачок вращается при половина скорости кривошипа).
Удерживание клапанов открытыми позволяет большему количеству воздуха и топлива поступать в камеру сгорания и выходить из нее, но также увеличивает мощность в диапазоне оборотов по мере увеличения продолжительности, жертвуя крутящим моментом на низких оборотах.
Производители кулачков, как правило, указывают продолжительность как «как заявлено», так и «при подъеме на 0,050 дюйма», которая измеряется от точки, в которой кулачок перемещает подъемник вверх на 0,050 дюйма, до 0,050 дюйма, пока подъемник полностью не опустится.
Производители кулачков часто отличаются диапазоном, который они показывают для рекламируемой продолжительности, поэтому лучше всего использовать цифры «при подъеме 0,050 дюйма», поскольку они являются универсальным измерением.
Когда вы видите 228/232, это кулачок с продолжительностью 228 градусов на впускных лепестках и 232 градуса на выпуске. Обычно выхлопные лепестки имеют большую продолжительность и подъемную силу, чем впускные, но есть также кулачки с «обратной схемой», которые имеют большую продолжительность впуска для заполнения камеры, что особенно удобно в приложениях с наддувом.
Наконец, LSA относится к разбросу осевой линии между впускным и выпускным выступами кулачка, показывающему точки пикового открытия клапанов. LSA — это еще один термин для перекрытия, когда впускной и выпускной клапаны цилиндра открыты одновременно, что снижает давление в цилиндре.
Чем ниже число LSA, тем дольше впускной и выпускной клапаны одновременно открыты на этом цилиндре, что приводит к побочным эффектам, таким как прерывистый холостой ход и узкий диапазон мощности.